ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД СКВАЖИННОГО НАСОСА

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее к приводным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в качестве привода насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.

Известен гидравлический привод (А.Г.Молчанов. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. М.: Недра, 1982, с.25-26, рис.1.9), содержащие рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, имеющий шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой полостями.

Такой привод имеет сложную гидравлическую схему, что объясняется наличием двух замкнутых гидравлических контуров, а, следовательно, наличием двух узлов компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутых гидравлических контуров.

Известны также гидравлические приводы подъемного устройства (патент RU 2134360, МПК⁶ F04В 47/04, пат. RU №2193111, МПК⁶ F04B 47/04, опубл. 2002 г.), содержащие рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, одна из которых соединена с источником сжатого газа, и двух штоковых, одна из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.

Такие приводы имеют более простую гидравлическую схему, так как содержат один замкнутый гидравлический контур с одним узлом компенсации утечек рабочей жидкости.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. RU №2193111), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром.

Однако такой привод не надежен в работе на скважинах, у которых увеличено сопротивление движению плунжера насоса (из-за запарафинивания, на искривленных скважинах и т.п.), так как при увеличении размаха нагрузки на скважине увеличивается давление жидкости в плунжерной полости тандемного цилиндра, соединенной через гидрораспределитель с насосом и сливом по сравнению с давлением в замкнутом гидравлическом контуре. Под действием этой разницы давления происходит перемещение плунжера насоса системы компенсации утечек и подкачка жидкости в замкнутый контур, что приводит к переполнению замкнутого гидравлического контура и остановке насоса.

Задачей изобретения является повышение надежности работы насосной установки за счет обеспечения возможности срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.

Поставленная задача достигается за счет усовершенствования гидравлического привода скважинного насоса, содержащего рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром.

Это усовершенствование заключается в том, что плунжерный насос системы компенсации утечек выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжер большего диаметра расположен в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями.

Выполнение плунжерного насоса системы компенсации утечек в виде мультипликатора давления, расположение при этом плунжера меньшего диаметра во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжера большего диаметра - в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями, позволяет обеспечить подпитку жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки за счет обеспечения подпитки жидкости только при перемещении плунжера насоса системы компенсации утечек, независимо от соотношения давлений в полостях.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена гидравлическая схема предлагаемого привода.

Гидравлический привод скважинного насоса содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на поршневую 3 и штоковую 4 полости, и вспомогательный тандемный цилиндр 5 со штоком 6 с расположенными на его концах поршнями 7 и 8, установленными по обе стороны перемычки 9. Перемычка 9 и поршни 7 и 8 образуют четыре полости - две поршневые 10 и 11 и две штоковые 12 и 13. Полость 10 соединена с источником сжатого газа - емкостью 14, штоковая полость 12 соединена через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, а вторая штоковая полость 13 соединена трубопроводом 18 со штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1, образуя замкнутый гидравлический контур. Вторая поршневая полость 11 тандемного цилиндра 5 соединена трубопроводом 19 через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17. Поршень 2 рабочего цилиндра 1 штоком 20 соединен с колонной штанг 21, связанной с поршнем скважинного насоса. Поршневая полость 3 рабочего цилиндра 1 соединена со сливом 17 трубопроводом 22 с обратным клапаном 23. Система компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура (полость 13, трубопровод 18, полость 4) содержит плунжерный насос 24, полость 25 которого соединена с всасывающей линией 26 с обратным клапаном 27, соединенной через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, и нагнетательной линией 28 с обратным клапаном 29, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром. Плунжерный насос 24 выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер 30 меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости 11 тандемного цилиндра 5 с возможностью взаимодействия с поршнем 7 тандемного цилиндра 5 при увеличении его хода из-за уменьшения объема жидкости в замкнутом контуре, а плунжер 31 большего диаметра расположен в полости 25 плунжерного насоса 24. Штоковая полость 32 плунжерного насоса 24 соединена с атмосферой или, как показано на чертеже, - трубопроводом 33 со сливом 17.

Работа гидропривода происходит следующим образом.

Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 и поршни 7 и 8 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем по чертежу положении. Штоковые полости 12 и 13 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, а полость 10 и емкость 14 - сжиженным газом. Давление этого газа передается через поршень 8 на жидкость в полости 13 и через трубопровод 18 на жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1 и на поршень 2 этого цилиндра, уравновешивая вес самого поршня 2, штока 20 и колонны штанг 21 скважинного насоса (не показано).

При подаче жидкости от насоса 16 через гидрораспределитель 15 (находящийся в положении, показанном на чертеже) в полость 12 поршень 7 поднимается и через шток 6 тянет за собой поршень 8, который по трубопроводу 18 вытесняет жидкость из полости 13 тандемного цилиндра 5 в полость 4 рабочего цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 2 рабочего цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 20, связанный с колонной штанг 21. Одновременно рабочая жидкость подается через открытый обратный клапан 27 по трубопроводу 26 в полость 25 плунжерного насоса 24 системы компенсации утечек, перемещая плунжеры 30 и 31 вниз. При этом рабочая жидкость, попадающая в штоковую полость 32, по трубопроводу 33 вытесняется на слив 17. При нехватке рабочей жидкости из-за возможных утечек в замкнутом гидравлическом контуре (полость 13, трубопровод 18, полость 4) величина хода поршней 7 и 8 (вверх по чертежу) увеличивается. Поршень 7, воздействуя на торец плунжера 30 меньшего диаметра, перемещает его вверх вместе с плунжером 31, который создает давление, закрывающее клапан 27 и открывающее клапан 29. При этом рабочая жидкость из полости 25 через открытый клапан 29 по трубопроводу 28 поступает в замкнутый гидравлический контур. За счет разности площадей поршня 7 и плунжера 31 давление в полости 25, создаваемое при перемещении плунжера 31, всегда будет превышать давление в замкнутом гидравлическом контуре, что обеспечивает надежную подпитку рабочей жидкости в этот контур только при воздействии поршня 7 на торец плунжера 30.

При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое (по чертежу) положение. Рабочая жидкость от насоса 16 через гидрораспределитель 15 по трубопроводу 19 поступает в поршневую полость 11 тандемного цилиндра 5, перемещая поршень 7 и связанный с ним поршень 8 вниз, сжимая газ в полости 10. При движении вниз поршня 8 жидкость из полости 4 рабочего цилиндра 1 по трубопроводу 18 перетекает в штоковую полость 13 тандемного цилиндра 5, не препятствуя поршню 2 перемещаться вниз под действием собственного веса и веса штока 20 поршня 2 рабочего цилиндра 1 и связанной с ним колонны штанг 21. При этом за счет разности площадей плунжеров 30 и 31 подпитка рабочей жидкости в полость 13 замкнутого гидравлического контура не происходит независимо от соотношения давлений в полостях 11 и 13, определяемым сопротивлением движению штанг в скважине (из-за запарафинивания, на искривленных скважинах и т.п.). В процессе работы в поршневой полости 3 рабочего цилиндра 1 из-за возможных утечек в уплотнении поршня 2 накапливается рабочая жидкость, под давлением которой открывается обратный клапан 23, и эта жидкость по трубопроводу 22 поступает на слив 17. Жидкость, которая накапливается в полости 32 из-за возможных утечек по трубопроводу 33 поступает на слив 17.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет повысить надежность работы насосной установки на скважинах, у которых увеличено сопротивление движению плунжера насоса, за счет обеспечения возможности надежного срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.